基于能量调节的注塑机节能液压系统研究

论文摘要

注塑机的液压节能技术是注塑机科技进步过程中发展的一项新技术。液压驱动的注塑机在各个成型阶段所需的压力和流量都是变化的,而国内原有注塑机多为定量泵系统,能量损失非常大。本课题的主要研究目标是为注塑机设计一套有效的液压配置方案,使驱动系统的输出功率与执行机构的消耗功率达到自适应调节匹配,提高能量利用效率,具有重要的研究意义,及良好的应用前景。本文的第1章,首先说明了注塑成型机器的基本组成和结构,并介绍了一般的注塑工艺流程。之后阐述了国内外对注塑机节能液压系统领域的研究现状和研究成果,详细列举了四种最典型的液压节能系统方案及各自的优缺点。之后,简单说明了本课题的研究背景、研究内容和步骤,并分析了研究意义。第2章对四种典型的注塑机液压系统进行了分析,采用AMESim液压仿真软件,对四种典型系统分别进行了建模仿真研究。从能耗、响应速度、系统整体性能、经济实用性等方面进行综合的考虑和对比分析仿真结果,最终选定变量泵+流量压力控制阀+能量调节单元形式的系统为我们的研发目标。第3章设计了系统实现方案,并阐述了其流量及压力控制下的工作原理。首先使用AMESim软件,建立了整个斜盘式轴向柱塞变量泵的内部结构及外控液压元件的仿真模型,流量及压力控制的仿真结果验证了该设计的正确性和可行性。之后按照设计方案搭建了液压及电气实验台架,并对系统中关键液压元件一一变量泵及比例方向流量阀,根据其使用要求,进行了测试,得到其稳态及动态响应性能及元件的关键参数。试验结果与仿真结果基本吻合,再次验证了设计方案的正确性与可行性,能够满足系统的设计目标。第4章提出了能量调节的控制策略,阐述了在该系统中的实现方案,并搭建了物理仿真试验平台。详细说明了PLC软件程序的实现流程和综合调配系统状态及能量供需关系的计算方法。第5章为总结与展望,总结了本论文得出的主要研究结论,并提出了今后的规划步骤和研究方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号清单、术语表
• 1 绪论
• 1.1 塑料注射成型技术概述
• 1.1.1 注塑机的主要组成
• 1.1.2 注塑机的工作过程
• 1.2 注塑机液压节能技术的研究现状
• 1.2.1 定量泵+比例压力流量控制阀节能系统
• 1.2.2 比例变量泵节能系统
• 1.2.3 定量泵+变频电机节能系统
• 1.2.4 定量泵+交流伺服电机系统
• 1.3 课题研究概述
• 1.3.1 课题背景
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 研究意义
• 1.4 本章小结
• 2 四种液压系统的AMESIM仿真比较
• 2.1 四种液压系统
• 2.2 AMESIM仿真模型及控制策略
• 2.2.1 注塑机液压系统仿真模型
• 2.2.2 比例流量阀模型
• 2.2.3 定量泵+PQ阀模型
• 2.2.4 定量泵+PQ阀+能量调节单元的系统模型
• 2.2.5 变频器+定量泵+PQ阀+能量调节单元的系统模型
• 2.2.6 变量泵+PQ阀+能量调节单元的系统
• 2.3 AMESIM仿真结果及对比
• 2.3.1 塑料制品生产的关键参数
• 2.3.2 四种液压系统的仿真结果
• 2.3.3 仿真结果对比及结论
• 2.4 本章小结
• 3 变量泵节能液压系统的设计、仿真与测试
• 3.1 变量泵节能液压系统的设计
• 3.1.1 液压系统的设计
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 系统的AMESIM液压仿真模型及结果
• 3.2.1 变量泵的仿真模型
• 3.2.2 变量泵系统仿真结果
• 3.3 变量泵实验台的搭建与测试结果
• 3.3.1 液压系统实验台
• 3.3.2 电气系统
• 3.3.3 流量控制测试
• 3.3.4 加载测试
• 3.3.5 压力控制测试
• 3.4 比例方向流量阀测试
• 3.4.1 比例方向阀测试实验台
• 3.4.2 稳态测试
• 3.4.3 动态测试
• 3.5 本章小结
• 4 控制器硬件及软件程序
• 4.1 电气系统
• 4.1.1 硬件电路
• 4.1.2 I/O口配置
• 4.2 软件流程
• 4.2.1 PLC语言简介
• 4.2.2 软件流程
• 4.3 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果
• 附图1 某型号注塑机的液压原理图